CN103236630A - 一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，包括泵浦半导体激光器1、光纤合束器2、高反射率光纤布拉格光栅3、增益光纤4、低反射率光纤布拉格光栅5和输出光纤6，其特征在于泵浦半导体激光器1的输出尾纤连接于光纤合束器2的泵浦输入端口，光纤合束器的输出光纤端口连接高反射率光纤布拉格光栅3，高反射率光纤布拉格光栅3的另一端与稀土掺杂石英光纤4焊接在一起，稀土掺杂石英光纤4的另一端则与低反射率光纤布拉格光栅5焊接在一起形成谐振腔，低反射率光纤布拉格光栅5另一端与输出光纤6焊接引导单频激光输出，本发明的优点在于，实现了一种简易的使用稀土掺杂石英光纤获得单频光纤激光的方法，激光器结构简单，尺寸紧凑，性能稳定。

Description

一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，尤其是一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，属于光纤及激光技术领域。

背景技术

光纤激光器是以掺杂稀土元素的光纤为增益介质的激光器，通过掺杂不同的稀土元素，如饵（Er），镒（Yb），铥（Tm），钬（Ho），钕（Nd）等，光纤激光器的工作波段覆盖了从紫外到中红外。与其他激光器相比，光纤激光器具有激光工作阈值低，能量转化率高、输出光束质量好、结构紧凑稳定、无需光路调整、散热性能好、寿命长和无需维护等鲜明特点，因此得到快速发展以及广泛地应用。

单频光纤激光器，具备光纤激光器普遍的优点之外，同时还具备相干长度长，单色性好，谱线宽度窄等优点，这些特点使其被广泛应用于遥感，雷达，测距，光谱学，非线性光学等领域，获得一种简易的，性能稳定的单频光纤激光器具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、尺寸紧凑、性能稳定的使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器。

本发明通过以下技术方案加以实现的。

一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，包括泵浦半导体激光器1、光纤合束器2、高反射率光纤布拉格光栅3、增益光纤、低反射率光纤布拉格光栅5和输出光纤6，其特征在于泵浦半导体激光器1的输出尾纤连接于光纤合束器2的泵浦输入端口，光纤合束器的输出光纤端口连接高反射率光纤布拉格光栅3，高反射率光纤布拉格光栅3的另一端与稀土掺杂石英光纤4焊接在一起，稀土掺杂石英光纤4的另一端则与低反射率光纤布拉格光栅5焊接在一起形成谐振腔，低反射率光纤布拉格光栅5另一端与输出光纤6焊接引导单频激光输出。

本发明所述的增益光纤是高稀土掺杂的石英光纤4，掺杂的稀土元素可以是掺饵（Er）的，可以是掺镱（Yb）的，也可以是掺铥（Tm）的、掺钬（Ho）或其他稀土元素，通过高掺杂实现对泵浦光6-10dB/cm的吸收。

所述的为短腔单频光纤激光器，现在一般采用稀土掺杂重金属氧化物玻璃光纤作为增益介质，比如锗玻璃光纤，磷玻璃光纤等，因为稀土元素在这类重金属氧化物玻璃光纤中掺杂浓度比较高，光纤纤芯对泵浦的吸收系数比较高从而能提供较高的单位长度增益，实现短腔单频光纤激光输出；然而随着玻璃材料及光纤制备技术的发展，目前商用的石英光纤已经可以掺杂较高浓度的稀土元素，光纤纤芯对泵浦光的吸收系数已可以达到6-10 dB/cm，而且相比于稀土掺杂重金属氧化物玻璃光纤与无源石英光纤之间1dB左右的熔接损耗，无源石英光纤与有源石英光纤的熔接损耗可以控制在0.01-0.05 dB，所以稀土掺杂石英光纤完全可以取代重金属氧化物玻璃光纤来研制短腔单频光纤激光器。

所述高反射率光纤布拉格光栅3和低反射率光纤布拉格光栅5组成激光腔。

本发明输出激光为单频激光，单频激光的输出是通过控制激光腔的腔长L来控制激光单纵模（单频）输出，L = L _增益光纤 + L _{高反光栅尾纤} + L _{低反光栅尾纤。}

本发明输出激光为单频激光，单频激光的输出是通过调节激光腔内各纵模间距保证激光单纵模（单频）输出，纵模间距                                                

其中c是光波在真空中的传播速度，n是光纤纤芯的折射率，L是激光腔腔长，使用高掺杂的增益光纤减小其长度，同时减小光栅尾纤长度，将激光腔腔长控制得尽量短，从而加大了腔内各纵模间距，可以保证激光单纵模（单频）输出。

本发明输出激光为单频激光，通过使用窄带低反射率光纤布拉格光栅5实现，反射谱带宽需要控制在几个GHz，一般需要控制在不越过0.05纳米。

本发明的优点在于，实现了一种简易的使用稀土掺杂石英光纤获得单频光纤激光的方法，激光器结构简单，尺寸紧凑，性能稳定。

附图说明

图1是本发明单频光纤激光器的结构图。

图中标记：泵浦半导体激光器1、光纤合束器2、高反射率光纤布拉格光栅3、稀土掺杂石英光纤4、低反射率光纤布拉格光栅5、输出光纤6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，包括泵浦半导体激光器1、光纤合束器2、高反射率光纤布拉格光栅3、增益光纤、低反射率光纤布拉格光栅5和输出光纤6，其特征在于泵浦半导体激光器1的输出尾纤连接于光纤合束器2的泵浦输入端口，光纤合束器的输出光纤端口连接高反射率光纤布拉格光栅3，高反射率光纤布拉格光栅3的另一端与稀土掺杂石英光纤4焊接在一起，稀土掺杂石英光纤4的另一端则与低反射率光纤布拉格光栅5焊接在一起形成谐振腔，低反射率光纤布拉格光栅5另一端与输出光纤6焊接引导单频激光输出。

本发明所述的增益光纤是高稀土掺杂的石英光纤4，掺杂的稀土元素可以是掺饵（Er）的，可以是掺镱（Yb）的，也可以是掺铥（Tm）的、掺钬（Ho）或其他稀土元素，通过高掺杂实现对泵浦光6-10dB/cm的吸收。

所述的为短腔单频光纤激光器，现在一般采用稀土掺杂重金属氧化物玻璃光纤作为增益介质，比如锗玻璃光纤，磷玻璃光纤等，因为稀土元素在这类重金属氧化物玻璃光纤中掺杂浓度比较高，光纤纤芯对泵浦的吸收系数比较高从而能提供较高的单位长度增益，实现短腔单频光纤激光输出；然而随着玻璃材料及光纤制备技术的发展，目前商用的石英光纤已经可以掺杂较高浓度的稀土元素，光纤纤芯对泵浦光的吸收系数已可以达到6-10 dB/cm，而且相比于稀土掺杂重金属氧化物玻璃光纤与无源石英光纤之间1dB左右的熔接损耗，无源石英光纤与有源石英光纤的熔接损耗可以控制在0.01-0.05 dB，所以稀土掺杂石英光纤完全可以取代重金属氧化物玻璃光纤来研制短腔单频光纤激光器。

所述高反射率光纤布拉格光栅3和低反射率光纤布拉格光栅5组成激光腔。

本发明输出激光为单频激光，单频激光的输出是通过控制激光腔的腔长L来控制激光单纵模（单频）输出，L = L _增益光纤 + L _{高反光栅尾纤} + L _{低反光栅尾纤。}

本发明输出激光为单频激光，单频激光的输出是通过调节激光腔内各纵模间距保证激光单纵模（单频）输出，纵模间距其中c是光波在真空中的传播速度，n是光纤纤芯的折射率，L是激光腔腔长，使用高掺杂的增益光纤减小其长度，同时减小光栅尾纤长度，将激光腔腔长控制得尽量短，从而加大了腔内各纵模间距，可以保证激光单纵模（单频）输出。

本发明输出激光为单频激光，通过使用窄带低反射率光纤布拉格光栅5实现，反射谱带宽需要控制在几个GHz，一般需要控制在不越过0.05纳米。

Claims (6)

1.一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，包括泵浦半导体激光器1、光纤合束器2、高反射率光纤布拉格光栅3、增益光纤、低反射率光纤布拉格光栅5和输出光纤6，其特征在于泵浦半导体激光器1的输出尾纤连接于光纤合束器2的泵浦输入端口，光纤合束器的输出光纤端口连接高反射率光纤布拉格光栅3，高反射率光纤布拉格光栅3的另一端与增益光纤一端焊接在一起，增益光纤的另一端则与低反射率光纤布拉格光栅5焊接在一起形成谐振腔，低反射率光纤布拉格光栅5另一端与输出光纤6焊接引导单频激光输出。

2.根据权利要求1所述的一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，其特征在于增益光纤是采用高稀土掺杂石英光纤4，掺杂的稀土元素是掺饵（Er）或掺镱（Yb）或掺铥（Tm）或掺钬（Ho），通过高掺杂实现对泵浦光6-10dB/cm的吸收。

3.根据权利要求1所述的一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，其特征在于由所述高反射率光纤布拉格光栅3和低反射率光纤布拉格光栅5组成激光腔。

4.根据权利要求1所述的一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，其特征在于单频激光的输出是通过控制激光腔腔长L来控制激光单纵模（单频）输出，L = L _增益光纤 + L _{高反光栅尾纤} + L _{低反光栅尾纤。}

5.根据权利要求1所述的一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，其特征在于单频激光的输出是通过调节激光腔内各纵模间距保证激光单纵模输出，纵模间距                                                

其中c是光波在真空中的传播速度，n是光纤纤芯的折射率，L是激光腔腔长。

6.根据权利要求1所述的一种使用稀土掺杂石英光纤作增益介质的单频光纤激光器，其特征在于低反射率光纤布拉格光栅5采用窄带反射谱，反射谱带宽需要控制在不越过0.05纳米。

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